Prototyypin kehitys 20 kV yksiasejakaistaiseen jakautusmuuntajaseen

1. 20 kV yksivaiheisen jakautusmuuntajan suunnittelu

20 kV jakautusjärjestelmät käyttävät yleensä kaapeli-ajoja tai yhdistettyjä kaapeli-pilvipohjaisia verkoita, ja neutraalipiste on usein kytketty maahan pienellä vastuksella. Kun tapahtuu yksivaiheinen maajäntä, vaihespannossa ei ole ongelmaa, että se nousee yli √3-kertaiseksi kuten 10 kV järjestelmässä yksivaiheisessa virheessä. Siksi 20 kV järjestelmän yksivaiheinen jakautusmuuntaja voi käyttää kytkentätapaa, jossa kytketään kyynärpään pää maahan. Tämä vähentää yksivaiheisen jakautusmuuntajan pääeristystä, mikä tarkoittaa, että 20 kV yksivaiheisen jakautusmuuntajan tilavuus ja hinta eivät poikkea paljon 10 kV muuntajan vastaavista ominaisuuksista.

2. Impulssien ja testispannungsten valinta

20 kV yksivaiheisen jakautusmuuntajan perustavanlaatuisen impulssitaso (BIL) ja eristyksen testitaso määritellään seuraavasti:

Yhdysvaltain kansallinen standardi ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) määrää, että korkean jännitteen puolen (20 kV) perustavanlaatuisen impulssitaso (BIL) on 125 kV; korkean jännitteen komponentin nimijännite on 15.2 kV, ja vaihtojännitteen kestokyky (60 Hz/min) on 40 kV.

Eristyksen testauksessa sovellettava jännite -testi ei vaadita, mutta indusoitu jännite -testi on pakollinen. Testissä, kun jännite on sovellettu yhden kympin ulospääteeseen, kukin korkean jännitteen ulospäätteiden jännite maahan saavuttaa 1 kV plus 3.46 kertaa muuntajan kympin nimijännitte. Eli induktiotestissä (taajuus kaksinkertaistettuna ja jännite kaksinkertaistettuna) korkean jännitteen on:

2.1 Matalajännitepuoli (240/120 V)

• Perustavanlaatuinen impulssitaso (BIL): 30 kV

• Vaihtojännitteen kestokyky (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Kansallisten muuntajalaatutarkastusten mukaan Kiinassa

• Korkeajännitepuoli:

• Perustavanlaatuinen impulssitaso (BIL): 125 kV (täysi aalto), 140 kV (katkaistu aalto)

• Vaihtojännitteen indusoitu kestokyky (200 Hz/min): 40 kV

• Matalajännitepuoli:

• Soveltettava jännite (50 Hz/min): 4 kV

3. 20 kV yksivaiheisen jakautusmuuntajan rakenne ja ominaisuudet

Kaksi mallia (50 kVA ja 80 kVA) on prototyypitetty, molemmat käyttävät ulkopuolista rautarakennetta. Pääerityksen vähentämiseksi lisättiin pääeristysrakenne. Kymppejä johtetaan ulos yhdellä sylinterillä. Korkean jännitteen kympin pää on kytketty maahan ja tankkiin. Matalajännitekympi on yksikielinen rakenne.

3.1 Tekniset ominaisuudet vertailussa 20 kV ja 10 kV yksivaiheisille jakautusmuuntajeille

• 20 kV:n ja 10 kV:n (esimerkkinä 50 kVA ja 80 kVA) hukkausten vertailu näkyy taulukossa 1.

• 20 kV:n ja 10 kV:n (esimerkkinä 50 kVA ja 80 kVA) painon vertailu näkyy taulukossa 2.

4. 20 kV∥10 kV yksivaiheinen kaksijänniteinen jakautusmuuntaja

10 kV järjestelmän päivitys 20 kV järjestelmäksi sisältää avaintarvikkeiden, kuten jakautusmuuntajien, korvaamisen. Korkeakustanniset korvaukset ja sähkökatkokset tuotannon häiriöinä tekevät yksivaiheisen kaksijänniteisen (10 kV/20 kV) muuntajan suunnittelusta ratkaisun helpottamaan näitä ongelmia.

4.1 Suunnittelu

Tämä kaksijänniteinen versio perustuu 10 kV:n kympirunkoon yksivaiheiselle jakautusmuuntajalle, hyödyntäen 20 kV = 2×10 kV -suhteesta sarja-rinnakkaisilla ensimmäisillä kymppeillä. Kaksi rinnakkaisesti kytkettyä korkeajännitekymppeä antaa kahdelle rungon pilarielle korkeajännite/matalajännite kympit (korkeajännitekympit rinnakkain). Kaksi matalajännitekymppeä sarjassa "keskipisteessä" tuottavat ±220 V - maasta kahdelle käyttäjälle. Olkoon W₁ (korkeajännitekympit) ja W₂ (matalajännitekympit). Rinnakkaistena, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, ja kokonaiskorkeajännitevirta kaksinkertaistuu yhden kympin virtaan verrattuna. Sarjassa, korkeajännitteen syöttövirta on sama kuin kympinvirta.

4.2 Kytkeytyksen soveltaminen

Kytkentäkapasiteetti pysyy samana sekä 20 kV:n että 10 kV:n korkeajännitteisille syötteille. 20 kV:n syötteen kanssa kaksi korkeajännitekymppeä sarjassa tarkoittaa, että kukin kantaa 10 kV. Korkeajännitevirtana I₁, kapasiteetti S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Siirryttäessä 10 kV:een, rinnakkaisten korkeajännitekympien antama 2I₁ syöttövirta, joten S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Näin ollen, S₁ = S₂).

4.3 Rakenne

• Rakenne vastaa yksivaiheisen kympirunkomuuntajan rakenne (patenttinro 4612429).

• 10 kV/20 kV jännitteen siirtymisessä käytetään luotettavaa yhteyshenkilön kosketuslevyn kytkentää.

• Eristys vastaa IEC:n 20 kV muuntajastandardeja (nimijänniteimpulssi: 125 kV).

• Melu noudattaa IEC:n ja liittyvien sähköyritysten teknisiä vaatimuksia.

4.4 Yksivaiheisen kaksijänniteisen muuntajan etuja

• Energiansäästö: 20 kV jakautusjärjestelmän linjahukka on 25 % 10 kV jakautusjärjestelmän linjahukkaa, mikä tarkoittaa 75 % energiansäästöä. Tämän suunnitelman yksivaiheisen kympirunkoteknologian käytöstä muuntajan tyhjiökierros on 30 % pienempi kuin nykyisesti käytössä olevan S11 -tyyppisen jakautusmuuntajan.

• Rakennuskustannussäästö: 10 kV:n päivityksessä 20 kV:ksi tarvitaan vain kytkentäkytkentä jännitteen vaihtamiseksi. Tämä vähentää sähkökatkon aikaa, ja koko toiminto voidaan suorittaa vain muutamassa minuutissa.

5. Johtopäätös

• Useimmissa 20 kV järjestelmissä neutraalipiste on kytketty maahan pienellä vastuksella. Siksi on helpompaa käsitellä yksivaiheisten muuntajien pääeristystä 20 kV tasolla kuin 10 kV tasolla.

• 20 kV -luokan yksivaiheisten muuntajien kuormituskuiskaus on samalla tasolla kuin 10 kV -luokan muuntajien; niiden paino on myös samankaltainen. Tyhjiökierrossa 20 kV on alempi kuin 10 kV. Impedanssissa 20 kV yksivaiheinen muuntaja on 20 % korkeampi kuin 10 kV muuntaja.

• 20 kV yksivaiheinen muuntaja on suhteellisen taloudellinen. Hinta ei poikkea merkittävästi 10 kV -luokan yksivaiheisten muuntajien hinnoista.

• 20 kV∥10 kV yksivaiheinen kaksijänniteinen jakautusmuuntaja voidaan käyttää sekä 10 kV että 20 kV jakautusjärjestelmissä. 10 kV järjestelmän päivityksessä 20 kV järjestelmäksi ei tarvitse korvata muuntajaa; riittää, että kytketään kytkentäkytkentä. Se on suhteellisen taloudellinen ja kätevä menetelmä.