Prototipni razvoj transformatora za jednofaznu distribuciju od 20 kV

1. Dizajn transformatora za jednofaznu distribuciju od 20 kV

Distributivni sustavi od 20 kV obično koriste kablove ili kombinacije kabla i zračnih linija, a neutralna točka je uglavnom zemljišta preko male otpornosti. Kada dođe do jednofaznog zemljitvenog nedaće, neće se dogoditi da faza napona podigne više od √3 puta kao u slučaju jednofazne greške u 10 kV sustavu. Stoga, jednofazni distributivni transformator 20 kV sustava može koristiti tip zemljištva kraja bobine. To može smanjiti glavnu izolaciju jednofaznog distributivnog transformatora, čime se volumen i trošak 20 kV jednofaznog distributivnog transformatora ne razlikuju značajno od onih 10 kV.

2. Odabir impulsnih i ispitnih napona

Za osnovni impulsnog nivo (BIL) i nivo ispitne izolacije 20 kV jednofaznog distributivnog transformatora, razmatranja su sljedeća:

Američki nacionalni standard ANSI C57.12.00-1973 (IEEE Std 462-1972) propisuje da je osnovni impulsnog nivo (BIL) visokonaponske strane (20 kV) 125 kV; nominalni napon visokonaponskog komponenta je 15.2 kV, a izdržljivost na AC napetost (60 Hz/min) je 40 kV.

Propisi o ispitivanju izolacije kažu da nije potreban ispit na primjenjenu napetost, ali mora se provesti inducirani napon test. Tijekom testiranja, nakon što se napon primijeni na izlaznu priključnicu jedne bobine, napon svake visokonaponske izlazne priključnice do zemlje doseže 1 kV plus 3.46 puta nominalni napon bobine transformatora. To znači, u induciranom testu (test s dvostruko povećanim frekvencijama i napetostima), visokonaponski napon je:

2.1 Niskonaponska strana (240/120 V)

• Osnovni impulsnog nivo (BIL): 30 kV

• Izdržljivost na AC napetost (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Prema kineskim nacionalnim propisima o nadzoru kvalitete transformatora

• Visokonaponska strana:

• Osnovni impulsnog nivo (BIL): 125 kV (cijeli val), 140 kV (prekinuti val)

• Inducirana izdržljivost na AC napetost (200 Hz/min): 40 kV

• Niskonaponska strana:

• Primijenjeni napon (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktura i značajke 20 kV jednofaznih distributivnih transformatora

Prototipirane su dvije specifikacije (50 kVA i 80 kVA), obje s vanjskom željeznom strukturom. Za smanjenje glavne izolacije dodana je struktura izolacije kraja. Koristi se jedna priključnica za izvod. Kraj visokonaponske bobine je zemljište i spojen s rezervoarom. Niskonaponska vitična struktura je jednobobinska.

3.1 Tehničko usporedba između prototipiranih 20 kV i 10 kV jednofaznih distributivnih transformatora

• Usporedba gubitaka između 20 kV i 10 kV (uzimajući 50 kVA i 80 kVA kao primjer) prikazana je u Tablici 1.

• Usporedba težina između 20 kV i 10 kV (uzimajući 50 kVA i 80 kVA kao primjer) prikazana je u Tablici 2.

4. 20 kV∥10 kV jednofazni distributivni transformator s dvostrukim naponom

Nadogradnja 10 kV na 20 kV distributivnog sustava uključuje zamjenu ključnog opreme, poput distributivnih transformatora. Visoke troškove zamjene i prekide snabdijevanja električnom energijom koji prekidaju proizvodnju čine dizajn dvostrukog napona (10 kV/20 kV) jednofaznog transformatora rješenjem za olakšanje tih problema.

4.1 Dizajn

Temeljen na 10 kV namotanom jezgru jednofaznog distributivnog transformatora, ovaj dvostruki napon varijanta iskoristi 20 kV = 2×10 kV odnos, koristeći serijalno-paralelnu primarnu bobinu. Sa dvije paralelne visokonaponske bobine, dvije stupca jezgra dobivaju visokonaponsku/niskonaponsku viticu (visokonaponske bobine paralelne). Dvije niskonaponske bobine serije na "središnjem" izlazu ±220 V - zemlja za dva korisnika. Neka W₁ (broj zavojnica visokonaponske strane) i W₂ (broj zavojnica niskonaponske strane). U paraleli, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220 V, a ukupni visokonaponski struja dvostruke struje pojedine bobine. U seriji, visokonaponski ulazni struja jednak je strujnom krugu bobine.

4.2 Primjena prekidača

Kapacitet ostaje konzistentan za visokonaponski ulaze od 20 kV ili 10 kV. Na 20 kV ulazu, dvije visokonaponske bobine u seriji znače da svaka nosi 10 kV. S visokonaponskim strujom I₁, kapacitet S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Prijelazom na 10 kV, paralelne visokonaponske bobine daju 2I₁ ulazni struj, tako da S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Dakle, S₁ = S₂.

4.3 Struktura

• Struktura odgovara jednofaznom namotanom jezgru transformatora (patent br. 4612429).

• Prebacivanje napona 10 kV/20 kV koristi pouzdano kontaktirajuće prekidač.

• Izolacija zadovoljava IEC standarde za 20 kV transformatore (nominirani impulsnog napon: 125 kV).

• Bučnost odgovara IEC i relevantnim tehničkim specifikacijama elektranih tvrtki.

4.4 Prednosti jednofaznog dvostrukog napon transformatora

• Štednja energije: Gubitci na liniji 20 kV distributivnog sustava iznose 25% gubitaka 10 kV distributivnog sustava, postižući 75% štednju energije. Primenom tehnologije jednofaznog namotanog jezgra u ovom dizajnu, prazninski gubitci transformatora su 30% niži od trenutno korištenog S11 tipa distributivnog transformatora.

• Štednja troškova gradnje: Tijekom nadogradnje s 10 kV na 20 kV, potreban je samo prekidač za prebacivanje napona. To smanjuje vrijeme prekida snabdijevanja električnom energijom, a cijeli postupak operacije može biti završen u samo nekoliko minuta.

5. Zaključak

• Većina neutralnih točaka 20 kV sustava zemljišta preko mali otpornosti sustava. Stoga, lakoće obrade glavne izolacije jednofaznih transformatora na 20 kV razini uspoređene s 10 kV razinom.

• Gubitci opterećenja 20 kV razreda jednofaznih transformatora su na istom nivou kao i 10 kV razreda; njihova težina je također slična. U pogledu prazninskih gubitaka, 20 kV je niži od 10 kV. U pogledu impedancije, 20 kV jednofazni transformator je 20% veći od 10 kV.

• 20 kV jednofazni transformator relativno je ekonomičan. Njegova cijena neće značajno razlikovati od cijene 10 kV razreda jednofaznih transformatora.

• 20 kV∥10 kV jednofazni distributivni transformator s dvostrukim naponom može se koristiti u oba 10 kV i 20 kV distributivna sustava. Kada se nadograđuje 10 kV sustav na 20 kV sustav, nije potrebno zamijeniti transformator; dovoljno je prebaciti prekidač. To je relativno ekonomičan i praktičan način.