20 kV egyfázis elosztási transzformátor prototípusának fejlesztése

1. 20 kV egyfázis elosztási transzformátor tervezése

A 20 kV elosztási rendszerek általában vezeték hálózatokat vagy vegyes vezeték-ágas hálózatokat használnak, és a nullát gyakran kis ellenállásra kapcsolják. Amikor egyfázis földelés történik, nem merül fel olyan probléma, hogy a fázisfeszültség √3-szeresére emelkedne, mint a 10 kV rendszer esetében. Ezért a 20 kV rendszer egyfázis elosztási transzformátora alkalmazhatja a tekercs végének földelését. Ez csökkentheti az egyfázis elosztási transzformátor fő izolációját, így a 20 kV egyfázis elosztási transzformátor mérete és költsége nem sokkal nagyobb, mint a 10 kV-é.

2. Impulzus- és teszfeszültségek kiválasztása

A 20 kV egyfázis elosztási transzformátor alapvető impulzus szintje (BIL) és izoláció tesztfeszültségei a következők:

Az Amerikai Nemzeti Szabvány ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) előírja, hogy a magfeszültség oldalán (20 kV) az alapvető impulzus szint (BIL) 125 kV; a magfeszültségű komponens megengedett feszültsége 15.2 kV, és az AC kitartó feszültség (60 Hz/min) 40 kV.

Az izoláció tesztelése során nincs szükség alkalmazott feszültség tesztelésre, de az indukált feszültség tesztelése szükséges. A teszt során, amikor feszültséget alkalmaznak egy tekercs kiinduló termináljára, minden magfeszültségű kiinduló terminál feszültsége a földre nézve 1 kV plusz 3,46-szeres a transzformátor tekercsének megengedett feszültsége. Tehát az indukált teszt (frekvencia-kétszeres és feszültség-kétszeres teszt) során a magfeszültség:

2.1 Alacsonyfeszültségű oldal (240/120 V)

• Alapvető impulzus szint (BIL): 30 kV

• AC kitartó feszültség (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Kínai Nemzeti Transzformátor Minőség Ellenőrzési Tesztelési Rendelkezések szerint

• Magfeszültségű oldal:

• Alapvető impulzus szint (BIL): 125 kV (teljes hullám), 140 kV (levágott hullám)

• AC indukált kitartó feszültség (200 Hz/min): 40 kV

• Alacsonyfeszültségű oldal:

• Alkalmazott feszültség (50 Hz/min): 4 kV

3. A 20 kV egyfázis elosztási transzformátorok szerkezete és jellemzői

Két specifikáció (50 kVA és 80 kVA) prototípusként készült, mindkettő külsővas szerkezetet használ. A fő izoláció csökkentése érdekében végizolációs szerkezet került bevezetésre. Egyetlen behúzókapcsolót használtak. A magfeszültségű tekercs végét a földre kapcsolták és a tartályhoz csatlakoztatták. Az alacsonyfeszültségű tekercs egyfázis szerkezetű.

3.1 Technikai teljesítmény összehasonlítása a prototípus 20 kV és 10 kV egyfázis elosztási transzformátorok között

• A 20 kV és 10 kV (50 kVA és 80 kVA például) veszteségeinek összehasonlítása a 1. táblázatban látható.

• A 20 kV és 10 kV (50 kVA és 80 kVA például) súlyának összehasonlítása a 2. táblázatban látható.

4. 20 kV∥10 kV egyfázis kétfeszültségű elosztási transzformátor

Egy 10 kV-ból 20 kV-as elosztási rendszerre való frissítés során kulcsfontosságú eszközök, mint például az elosztási transzformátorok cseréje szükséges. A drága cserék és a szünetek, melyek megszakítják a termelést, a kétfeszültségű (10 kV/20 kV) egyfázis transzformátor tervezését indokolják, hogy ezek a problémák megoldódjanak.

4.1 Tervezés

A 10 kV tekercs-alapú egyfázis elosztási transzformátor alapján, ez a kétfeszültségű változat kihasználja a 20 kV = 2×10 kV viszonyt, soros-paralellis elsődleges tekercseket használva. Két paralellis magfeszültségű tekercssel, két magoszlop kap magfeszültségű/alacsonyfeszültségű tekercset (magfeszültségű tekercsek paralellis). Két alacsonyfeszültségű tekercs sorosan a "középpontban" ±220 V - föld két felhasználó számára. Legyen W₁ (magfeszültségű tekercsfordulatok) és W₂ (alacsonyfeszültségű tekercsfordulatok). Paralellis esetben, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, és a teljes magfeszültségű áram két egyszerű tekercs áramának duplája. Soros esetben a magfeszültségű bemeneti áram egyenlő a tekercs áramával.

4.2 Kapcsoló alkalmazás

A kapacitás konzisztens marad 20 kV vagy 10 kV magfeszültségű bemenettel. 20 kV bemenettel, két soros magfeszültségű tekercs esetén mindegyik 10 kV-t visel. A magfeszültségű árammal I₁, a kapacitás S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). 10 kV-re váltva, a paralellis magfeszültségű tekercsek 2I₁ bemeneti áramot adnak, tehát S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Így, S₁ = S₂).

4.3 Szerkezet

• A szerkezet megegyezik a tekercs-alapú egyfázis transzformátor (szabadalmi szám: 4612429) szerkezetével.

• A 10 kV/20 kV feszültség-váltás megbízható kontakt sáv tap-changerrel történik.

• Az izoláció megfelel az IEC 20 kV transzformátor szabványainak (megengedett impulzus feszültség: 125 kV).

• A zajszint megfelel az IEC és a hatóság technikai specifikációinak.

4.4 A egyfázis kétfeszültségű transzformátor előnyei

• Energia mentesítés: A 20 kV elosztási rendszer vonalvesztesége a 10 kV elosztási rendszer vonalveszteségének 25%-a, ami 75% energiamentesítést eredményez. A tekercs-alapú technológia alkalmazásával ebben a tervezésben a transzformátor üresfutási vesztesége 30%-kal alacsonyabb, mint a jelenleg használt S11 típusú elosztási transzformátoré.

• Építési költségek csökkentése: A 10 kV-ről 20 kV-ra való frissítés során csak egy váltókapcsoló szükséges a feszültség váltásához. Ez csökkenti a szünet idejét, és az egész műveleti folyamat pár perc alatt elvégezhető.

5. Következtetés

• A 20 kV rendszer legtöbb nullapontja kis ellenállásos rendszeren keresztül van földre kapcsolva. Ezért a 20 kV szintű egyfázis transzformátorok fő izolációjának kezelése könnyebb, mint a 10 kV szintűnél.

• A 20 kV-os egyfázis transzformátorok terhelésvesztesége a 10 kV-osokkal azonos szinten van; a súlyuk is hasonló. Üresfutási veszteségben a 20 kV alacsonyabb, mint a 10 kV. Impedanciában a 20 kV egyfázis transzformátor 20%-kal magasabb, mint a 10 kV-es.

• A 20 kV egyfázis transzformátor viszonylag gazdaságos. Ára nem fog jelentősen eltérni a 10 kV-os egyfázis transzformátoroktól.

• A 20 kV∥10 kV egyfázis kétfeszültségű elosztási transzformátor használható mind 10 kV, mind 20 kV elosztási rendszerekben. Amikor 10 kV rendszert 20 kV-re frissítünk, nincs szükség a transzformátor cseréjére; egyszerűen a váltókapcsoló váltásával elegendő. Ez viszonylag gazdaságos és kényelmes módszer.