Milyen osztályozási típusok vannak az áramátváltók esetében és milyen alkalmazásaik vannak az energiatároló rendszerekben?

A villamos energia átalakító transzformátorok alapvető felszerelések a villamos energiaszolgáltatás rendszerében, amelyek lehetővé teszik az elektromos energiát való továbbítást és feszültségátalakítást. Az elektromágneses indukció elvén átalakítják a váltakozó áram egyik feszültségi szintjét egy vagy több másik feszültségi szintré. A továbbítási és elosztási folyamatban kulcsfontosságú szerepet játszanak a "felfelé emelési továbbítás és lefelé emelési elosztás" során, míg az energia tárolási rendszereken belül feszültség-emelési és -csökkentési funkciókat látanak el, így biztosítva a hatékony energiatovábbítást és biztonságos végső használatot.

1. A villamos energia átalakító transzformátorok osztályozása

A villamos energia átalakító transzformátorok a környezeti telepekben lévő alapvető felszerelések, elsősorban azzal a célul, hogy növeljék vagy csökkentsék a villamos energiaszolgáltatási rendszerben található energiát, hogy megfelelően történjen a továbbítás, elosztás és felhasználás. A villamos energia átalakító transzformátorok különböző nézőpontból is osztályozhatók.

Funkció szerint: Növelő transzformátorokra és csökkentő transzformátorokra oszthatók. A hosszútávú továbbítási és elosztási rendszerek esetén a növelő transzformátorok növelik a generátortól eredő relatíve alacsony feszültséget magasabb feszültségi szintre. A végleges telepeknél, amelyek közvetlenül ellátják a különböző felhasználókat, csökkentő transzformátorokat alkalmaznak.

Fázisszáma szerint: Egyfázisú transzformátorokra és háromfázisú transzformátorokra oszthatók. A háromfázisú transzformátorok széles körben használódnak a villamos energia továbbítási és elosztási rendszerének telepein, míg az egyfázisú transzformátorok általában speciális, kis kapacitású egyfázisú berendezésekhez használnak.

Tekercs vezető anyaga szerint: Részelő transzformátorokra és alumíniumvezető transzformátorokra oszthatók. Korábban Kínában a gyártelepeken leginkább alumíniumvezető transzformátorokat használtak, de most a nagyobb kapacitású, különösen a részelő, alacsony veszteségű transzformátorok szélesebb körben kerülnek alkalmazásra.

Tekercs konfigurációja szerint: Három típus létezik: két tekercsű transzformátorok, három tekercsű transzformátorok és autotranszformátorok. A két tekercsű transzformátorok olyan helyeken használódnak, ahol egy feszültség átalakítása szükséges; a három tekercsű transzformátorok olyan helyeken használódnak, ahol két feszültség átalakítása szükséges, egy elsődleges tekercs és két másodlagos tekercs mellett. Az autotranszformátorok leginkább laboratóriumban használódnak feszültség beállításához.

Hűtési módszer és tekercs izolációja szerint: Olajmerült transzformátorokra és szárított transzformátorokra oszthatók. Az olajmerült transzformátorok jobb izolációt és hővezetést kínálnak, kevesebb költséggel, egyszerűbb karbantartással, ezért széles körben alkalmazottak. Azonban a hajlékonyság miatt nem alkalmasak gyanús, robbanós vagy magas biztonsági igényű környezetekre. A szárított transzformátorok egyszerű struktúrával, kis mérettel, könnyű súllyal, tűzellenálló, por- és nedvellenyű, de drágábbak, mint ugyanolyan kapacitású olajmerült transzformátorok, és széles körben használódnak magas tűzellenállású helyeken, különösen nagy épületek telepeiben, földalatti telepeken és energia tárolási rendszereken.

2. Villamos energia átalakító transzformátorok modellei és csatlakozási csoportjai

Kapacitási normák: Jelenleg Kínában a IEC ajánlott R10 sorozatot használják a villamos energia átalakító transzformátorok kapacitásának meghatározására, ahol a kapacitás R10=¹⁰√10=1,26-szeresével nő. Gyakori értékek: 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, és 3150kVA. A 500kVA-nál alacsonyabb kapacitású transzformátorok kis méretűek, a 630~6300kVA közötti közepes méretűek, a 8000kVA feletti nagy méretűek.

Csatlakozási csoportok: A villamos energia átalakító transzformátorok csatlakozási csoportja a primáris és másodlagos tekercsek csatlakozási módját és a primáris és másodlagos vonal feszültségek közötti megfelelő fázisviszonyt jelenti. Gyakori csatlakozási csoportok: Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, és YNd11. A 6~10kV elosztási transzformátorok (másodlagos feszültség 220/380V) esetén a Yyn0 és Dyn11 a leggyakrabban használt csatlakozási csoportok.

• Yyn0 Csatlakozási csoport: A primáris és a hozzá tartozó másodlagos vonal feszültségek fázisviszonya hasonló a 0 órás (12 órás) időmutatók helyzetéhez. A primáris tekercs csillagkapcsolással, a másodlagos tekercs csillagkapcsolással és közös vonallal van összekötve. A hálózatban jelenlevő 3n-ed harmonikus áramok bekerülhetnek a közös magasfeszültségű hálóba. Továbbá, a közös vonal áramát 25%-ig korlátozzák a fázisvonali áramnak. Ezért ez a csatlakozási mód nem alkalmas súlyosan egyensúlytalannak tekinthető terhelések esetén vagy prominens 3n-ed harmonikusok esetén. A Yyn0 csatlakozási csoport a primáris tekercshez szükséges izolációs erősséget (Dyn11-hez képest) csökkenti, ami enyhén csökkenti a gyártási költségeket. TN és TT rendszerekben, ha a közös vonal áramát okozó egyfázisú egyensúlytalanság nem haladja meg a másodlagos tekercs nominális áramának 25%-át, és bármely fázisban a teljes terhelés esetén az áram nem haladja meg a nominális áramot, akkor Yyn0 csatlakozási csoportú transzformátorokat lehet kiválasztani.

• Dyn11 Csatlakozási csoport: A primáris és a hozzá tartozó másodlagos vonal fészültségek fázisviszonya hasonló az 11 órás időmutatók helyzetéhez. A Dyn11 csatlakozási csoportokban a primáris tekercsben zárt áramok formálódnak, ami megakadályozza a nyilvános hálóba való behelyezést, és magasabb rendű harmonikusokat szűrik. A másodlagos tekercs csillagkapcsolással és közös vonallal van összekötve, és a szabályzat szerint a közös vonal áramát 75%-ig engedélyezik a fázisáramnak. Így, a Dyn11 csatlakozási csoportú transzformátorok sokkal nagyobb képességekkel bírnak az egyfázisú egyensúlytalanság kezelésére, mint a Yyn0 csatlakozási csoportú transzformátorok. A modern villamos energiaszolgáltatási rendszerekben, ahol a gyorsan növekvő egyfázisú terhelések miatt, különösen a TN és TT rendszerekben, a Dyn11 csatlakozási csoportú transzformátorok széles körben alkalmazódnak.

3. A transzformátorok alkalmazása az energia tárolási rendszereken

A transzformátorok alapvető szerepe az energiatároló rendszerekben a feszültség átalakítása és az energiaátviteli alkalmazkodás, amely biztosítja az energiatároló akkumulátorok, konverterek/inverterek, valamint a hálózat/terhelések közötti feszültségszint-egyeztetést, így lehetővé téve a hatékony és biztonságos töltést és üresítést.

• Hálózati kapcsolódás: A Hatalmi Átalakító Rendszerekkel (PCS) együttműködve a transzformátorok léptetik fel a PCS-ből származó AC feszültséget a hálózati szintre (pl. 10kV/35kV) a hálózati csatlakozáshoz, vagy a hálózati feszültséget leléptetik a PCS-kompatibilis szintre az üresítés során. Ezenkívül DC-elválasztást biztosítanak, hogy megakadályozzák a DC komponensek hálózatra történő bejuttatását.

• Belső energiaelosztás: A nagy léptékű energiatároló telepekben a transzformátorok állománytranszformátorokként működnek, amelyek léptetik le a magfeszültségű hálózati feszültséget alacsonyabb feszültségre (pl. 0.4kV), hogy stabil tápellátást nyújtsanak az energiatároló akkumulátorcsoportok, PCS-segédrendszerek, figyelőeszközök és más komponensek számára.

• Felhasználói oldali/mikrohálózati alkalmazások: A felhasználói oldali energiatároló rendszerek esetén a transzformátorok átalakítják az energiatároló rendszer kimeneti feszültségét olyan szintre, ami kompatibilis a felhasználói terhelésekkel, közvetlenül ellátva ezeket a terheléseket. A mikrohálózatokban a transzformátorok rugalmasan szabályozhatják a feszültséget, hogy alkalmazkodjanak különböző típusú elosztott erőforrások és terhelések közötti energia interakciókhoz.