Прототипска разработка на еднофазен дистрибутивен трансформатор од 20 кВ

1. Дизајн на еднофазен дистрибутивен трансформатор од 20 кВ

Дистрибутивни системи од 20 кВ обично користат кабелски линии или мешовити мрежи од кабелски и високо поставени линии, а нултата точка најчесто е земана преку мала отпорност. Кога се случи еднофазно земање, нема да има проблем дека фазното напон ќе се зголеми повеќе од √3 пати како во случајот на еднофазна грешка во системот од 10 кВ. Значи, еднофазниот дистрибутивен трансформатор на 20 кВ систем може да користи тип на земање на крајот на бобината. Ова може да намали главната изолација на еднофазниот дистрибутивен трансформатор, што прави големината и цената на еднофазниот дистрибутивен трансформатор од 20 кВ да не се многу различни од оние од 10 кВ.

2. Избор на импулсни и тест напони

За основниот ниво на импулс (BIL) и нивото на изолациони тестови за еднофазниот дистрибутивен трансформатор од 20 кВ, размислувањата се следниве:

Американскиот национален стандард ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) предвижува дека основниот ниво на импулс (BIL) на високонапонската страна (20 кВ) е 125 кВ; номиналниот напон на високонапонскиот компонент е 15.2 кВ, а AC издолжливоста (60 Hz/min) е 40 кВ.

Изолационите тестови предвидуваат дека не е потребен тест со применет напон, но мора да се изведе индуциран напон тест. Токму во тестот, по примената на напон на излезниот терминал на една бобина, напонот на секој високонапонски излезен терминал до земјата достигнува 1 кВ плус 3.46 пати од номиналниот напон на бобината на трансформаторот. Тоа значи, во индуцираниот тест (дупло фреквенција и дупло напон), високонапонскиот е:

2.1 Нисконапонска страна (240/120 В)

• Основно ниво на импулс (BIL): 30 кВ

• AC издолжливост (60 Hz/min): 10 кВ

2.2 Според кинеските национални правила за контрола и испитување на квалитетот на трансформаторите

• Високонапонска страна:

• Основно ниво на импулс (BIL): 125 кВ (полна волна), 140 кВ (пресечена волна)

• AC индуцирани издолжливости (200 Hz/min): 40 кВ

• Нисконапонска страна:

• Применет напон (50 Hz/min): 4 кВ

3. Структура и карактеристики на еднофазни дистрибутивни трансформатори од 20 кВ

Прототипираани беа две спецификации (50 кВА и 80 кВА), обои со структура на железо надвор. За намалување на главната изолација, додадена беше структура на изолација на крајот. Користено е едно чевле за извод. Крајот на високонапонската бобина е земен и поврзан со резервоарот. Нисконапонската бобина е еднобобинска структура.

3.1 Споредба на технички перформанси помеѓу прототипирани 20 кВ и 10 кВ еднофазни дистрибутивни трансформатори

• Споредба на губитоци помеѓу 20 кВ и 10 кВ (забелешки за 50 кВА и 80 кВА) е прикажана во Табела 1.

• Споредба на тегови помеѓу 20 кВ и 10 кВ (забелешки за 50 кВА и 80 кВА) е прикажана во Табела 2.

4. 20 кВ∥10 кВ еднофазен двоен напон дистрибутивен трансформатор

Ажурирањето на 10 кВ до 20 кВ дистрибутивен систем вклучува замена на клучни опреми како што се дистрибутивните трансформатори. Скапите замени и прекинувањата на стројството поради прекинување на електроенергијата прават дизајнот на двоен напон (10 кВ/20 кВ) еднофазен трансформатор решеније за облеснување на овие проблеми.

4.1 Дизајн

Базиран на 10 кВ еднофазен дистрибутивен трансформатор со обмотка, овој двоен напон варијант се осигурува со односот 20 кВ = 2×10 кВ, користејќи серија-паралелни првични обмотки. Со две паралелни високонапонски обмотки, два стобли на јдрото добиваат високонапонски/нисконапонски обмотки (високонапонски обмотки паралелно). Две нисконапонски обмотки во серија на „средната точка“ даваат ±220 В-земја за два корисника. Нека W₁ (брой на витоци на висок напон) и W₂ (брой на витоци на ниски напон). Паралелно, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 кВ/220В, а целосниот високонапонски ток е двоен од токот на една обмотка. Во серија, високонапонскиот входен ток е еднаков на токот на обмотката.

4.2 Примена на превклучувач

Капацитетот останува константен за високонапонски входни напони од 20 кВ или 10 кВ. При 20 кВ вход, две високонапонски обмотки во серија значи дека секоја носи 10 кВ. Со високонапонски ток I₁, капацитетот S₁ = I₁×20 = 20I₁(кВА). Превклучено на 10 кВ, паралелни високонапонски обмотки даваат 2I₁ входен ток, така што S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (кВА). Следствено, S₁ = S₂).

4.3 Структура

• Структурата се совпаѓа со еднофазниот трансформатор со обмотка (патент бр. 4612429).

• 10 кВ/20 кВ превклучување на напон користи надежен контактен лентички превклучувач.

• Изолацијата задоволува стандардите на IEC за трансформатори од 20 кВ (номинален импулсни напон: 125 кВ).

• Шумот е во согласност со IEC и релевантните технички спецификации на енергетските компанији.

4.4 Преимущества на еднофазен двоен напон трансформатор

• Заштита на енергијата: Губитоците на линијата на 20 кВ дистрибутивниот систем се 25% од оние на 10 кВ дистрибутивниот систем, што го постигува 75% спасување на енергијата. Со примената на технологијата на еднофазна обмотка во овој дизајн, безнагрузниот губиток на трансформаторот е 30% подолу од оној на тренутно користениот S11-типов дистрибутивен трансформатор.

• Спестување на трошоци за изградба: По време на ажурирањето од 10 кВ до 20 кВ, само е потребен превклучувач за превклучување на напонот. Ова намалува времето на прекин на енергијата, а целиот процес на операција може да се заврши во само неколку минути.

5. Заклучок

• Почти сите нулти точки на 20 кВ систем се земани преку мал отпорни системи. Значи, еднофазните трансформатори на 20 кВ ниво е полесно да се справат со главната изолација од 10 кВ ниво.

• Губитоците на натовареност на трансформаторите од 20 кВ ниво се на ист ниво како оние од 10 кВ ниво; и нивната тежина е на слично ниво. По отношение на безнагрузните губитоци, 20 кВ е подолу од 10 кВ. Односно, импедансата на 20 кВ еднофазниот трансформатор е 20% повисока од 10 кВ.

• Еднофазниот трансформатор од 20 кВ е относително економичен. Неговата цена нема да се разликува значително од оная на 10 кВ еднофазни трансформатори.

• 20 кВ∥10 кВ еднофазен двоен напон дистрибутивен трансформатор може да се користи и во 10 кВ и 20 кВ дистрибутивни системи. При ажурирањето на 10 кВ систем до 20 кВ систем, нема потреба да се замени трансформаторот; доволно е да се превклучи превклучувачот. Тоа е релативно економичен и удобен метод.