Дене энергиясын сақтау жүйелеріндегі электр трансформаторларының классификациялық түрлері және олардың қолданылуы

Электр энергиясын беру және кернеуді түрлендіру функцияларын іске асыратын электр жүйелеріндегі негізгі біріншілік жабдықтар — күштік трансформаторлар. Электромагниттік индукция принципі арқылы олар бір деңгейдегі айнымалы токты екінші немесе бірнеше деңгейдегі кернеуге түрлендіреді. Тарату мен қоректендіру процесінде олар «жоғарылатып беру және төмендетіп тарату» қызметін атқарады, ал энергия сақтау жүйелерінде кернеуді жоғарылату мен төмендету функцияларын орындайды, соның арқасында электр энергиясының тиімді берілуі мен қауіпсіз пайдаланылуы қамтамасыз етіледі.

1. Күштік трансформаторлардың классификациясы

Күштік трансформаторлар – қосалқы станциялардағы негізгі біріншілік жабдық болып табылады, олардың негізгі қызметі электр жүйелеріндегі электр энергиясының кернеуін көтеру немесе төмендету болып табылады, бұл электр энергиясын тиімді тарату, қоректендіру және пайдалануға мүмкіндік береді. Қоректендіру мен тарату жүйелеріндегі күштік трансформаторлар әртүрлі тұрғыдан классификацияланады.

Қызметі бойынша: кернеуді көтеретін (жоғарылататын) және кернеуді төмендететін (төмендеткіш) трансформаторларға бөлінеді. Ұзақ қашықтыққа электр энергиясын тарату мен қоректендіру жүйелерінде генераторлардың шығаратын салыстырмалы төмен кернеуін жоғары деңгейге көтеру үшін кернеуді көтеретін трансформаторлар қолданылады. Әртүрлі тұтынушыларға тікелей қорек беретін соңғы қосалқы станцияларда кернеуді төмендететін трансформаторлар қолданылады.

Фаза саны бойынша: бірфазалы және үшфазалы трансформаторларға бөлінеді. Қоректендіру мен тарату жүйелерінің қосалқы станцияларында үшфазалы трансформаторлар кеңінен қолданылады, ал бірфазалы трансформаторлар әдетте арнайы кіші қуатты бірфазалы жабдықтар үшін қолданылады.

Орама өткізгішінің материалы бойынша: мыс орамалы және алюминий орамалы трансформаторларға бөлінеді. Бұрынғы кезде Қытайдағы көптеген зауыт қосалқы станциялары алюминий орамалы трансформаторларды қолданған, бірақ қазіргі уақытта төмен шығынды мыс орамалы трансформаторлар, әсіресе үлкен қуатты мыс орамалы трансформаторлар кеңінен қолданыла бастады.

Орама конфигурациясы бойынша: екі орамалы, үш орамалы және авто трансформаторлар деп үш түрге бөлінеді. Бір кернеуді түрлендіруді қажет ететін орындарда екі орамалы трансформаторлар қолданылады; екі кернеу түрлендіруді қажет ететін жерлерде үш орамалы трансформаторлар қолданылады, олардың бір біріншілік орамасы мен екі екіншілік орамасы бар. Авто трансформаторлар негізінен лабораторияларда кернеуді реттеу үшін қолданылады.

Салқындату тәсілі мен орама изоляциясы бойынша: майлы трансформаторлар мен құрғақ түрдегі трансформаторлар деп екіге бөлінеді. Майлы трансформаторлар изоляция мен жылу шашырату қасиеттері жақсы, бағасы төмен және жөндеуге оңай болғандықтан кеңінен қолданылады. Дегенмен майдың жанғыш болуынан олар жанбау, жарылу қаупі бар немесе қауіпсіздік талаптары жоғары орындарда қолдануға тыйым салынады. Құрғақ түрдегі трансформаторлар құрылымы қарапайым, өлшемдері кіші, массасы жеңіл, отқа төзімді, шаңнан және ылғалдан қорғалған. Олар бірдей қуаттағы майлы трансформаторларға қарағанда қымбатырақ болып келеді және өте жоғары өрт қауіпсіздігі талап етілетін орындарда, әсіресе үлкен ғимараттардағы қосалқы станцияларда, жер астындағы қосалқы станцияларда және энергия сақтау жүйелерінде кеңінен қолданылады.

2. Күштік трансформаторлардың модельдері мен қосылу топтары

Қуат стандарттары: Қазіргі уақытта Қытай IEC ұсынған R10 сериясын қабылдап, күштік трансформаторлардың қуатын анықтайды, мұнда қуат R10=¹⁰√10=1,26 коэффициентіне сәйкес өседі. Жиі кездесетін номиналдар: 100 кВА, 125 кВА, 160 кВА, 200 кВА, 250 кВА, 315 кВА, 400 кВА, 500 кВА, 630 кВА, 800 кВА, 1000 кВА, 1250 кВА, 1600 кВА, 2000 кВА, 2500 кВА және 3150 кВА. 500 кВА-ден төмен трансформаторлар кішігірім, 630~6300 кВА арасындағылар орташа, ал 8000 кВА-дан жоғарылар үлкенгірім болып есептеледі.

Қосылу топтары: Күштік трансформатордың қосылу тобы деп біріншілік және екіншілік орамалардың қосылу әдісінің түрін және біріншілік пен екіншілік сызықтық кернеулер арасындағы фазалық қатынасты айтады. Жиі кездесетін қосылу топтарына Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 және YNd11 жатады. 6~10 кВ тарату трансформаторлары (екіншілік кернеуі 220/380 В) үшін Yyn0 және Dyn11 қосылу топтары ең көп қолданылады.

• Yyn0 қосылу тобы: Біріншілік және сәйкес екіншілік сызықтық кернеулер арасындағы фазалық қатынас сағат пен минуттық тілдердің нөл сағатта (12 сағат) тұрған жағдайына ұқсас. Біріншілік орама жұлдызша түрде қосылған, ал екіншілік орама жұлдызша түрде өткізгішпен қосылған. Тізбекте болуы мүмкін 3n-ші гармоникалық токтар жалпы жоғары кернеулі желіге енгізіледі. Сонымен қатар, нейтральдық сызықтағы ток фазалық сызықтағы токтың 25%-нан аспауы керек. Сондықтан бұл қосылу әдісі айтарлықтай дәрежеде тепе-теңдіксіз жүктемелер немесе белгілі 3n-ші гармониктер бар қолданыстар үшін тиімсіз. Алайда, Yyn0 қосылу тобы біріншілік орама үшін (Dyn11-ге қарағанда) төменірек изоляциялық беріктікті талап етеді, нәтижесінде өндіру құны сәл төмен болады. TN және TT жүйелерінде нейтральдық сызықтағы ток бірфазалық тепе-теңдіксіздік арқасында пайда болатын ток екіншілік ораманың номиналды тогының 25%-нан аспаса және кез келген фазадағы ток толық жүктемеде номиналды токтан аспаса, Yyn0 қосылу тобы бар трансформаторлар таңдалуы мүмкін.

• Dyn11 қосылу тобы: Біріншілік және сәйкес екіншілік сызықтық кернеулер арасындағы фазалық қатынас сағат пен минуттық тілдердің он бір сағатта тұрған жағдайына ұқсас. Dyn11 қосылу тобында біріншілік орамада циркуляциялық токтар пайда болады, бұл олардың жалпы желіге енуіне кедергі жасап, жоғары ретті гармониктерді басуға мүмкіндік береді. Екіншілік орама жұлдызша түрде өткізгішпен қосылған, нормативтік құжаттарға сәйкес, нейтральдық сызықтағы ток фазалық токтың 75%-на дейін жетуге рұқсат етіледі. Сондықтан оның бірфазалық тепе-теңдіксіз токтарды қабылдау қабілеті Yyn0 қосылу тобы бар трансформаторлардың қабілетінен анағұрлым артық. Жедел өсіп отырған бірфазалық жүктемелері бар заманауи қоректендіру жүйелерінде, әсіресе TN және TT жүйелерінде Dyn11 қосылған трансформаторлар белсенді түрде таратылып, кеңінен қолданылады.

3. Трансформаторлардың энергия сақтау жүйелеріндегі қолданылуы

Трансформаторлардың энергия сақтау жүйелеріндегі негізгі рөлі – бұл напрямдатын түрлендіру және энергия ағытуын ыңғайлаштыру, энергия сақтау батарейлері, инверторлар/конверторлар мен электр желісі/электр қабырғалары арасында напрямдатын деңгейлерді сəйкеске келтіру, осы арқылы энергияны ыңғайлаумен және қауіпсіздікпен зарядтау және шарждауға мүмкіндік беру.

• Желіге қосылу: Энергия конвертациялық жүйелерімен (PCS) бірге жұмыс істе отырып, трансформаторлар PCS-тен шыққан AC напрямдатын жоғары деңгейге (мисалы, 10кВ/35кВ) көтереді, желіге қосылу үшін, немесе шарждау кезінде желіден напрямдатын деңгейдерді PCS-ге ыңғайлау үшін төмендетеді. Олар да DC компоненттерін желіге енгізу арқылы алғашқы айналады.

• Ішкі энергия үлестіру: Еңбекші энергия сақтау электр станцияларында, трансформаторлар станциялық трансформатор ретінде жұмыс істейді, жоғары напрямдатын желіден төмен напрямдатын (мисалы, 0.4кВ) енгізіп, энергия сақтау батарейлері, PCS көмекші жүйелері, бақылау жабдықтары және басқа компоненттерге стабилді энергия береді.

• Пайдаланушы жағы/Микротармак қолданылуы: Пайдаланушы жағы энергия сақтау үшін, трансформаторлар энергия сақтау жүйелерінің шығыс напрямдатын деңгейдерін пайдаланушы қабырғаларымен ыңғайлау үшін түрлендіреді, тура түрде қабырғаларға энергия береді. Микротармактарда, олар да әртүрлі таратылған энергия бастамалары мен қабырғалар арасындағы энергия әрекеттеріне ыңғайлау үшін напрямдатын деңгейдерді гибко регулировать етеді.