Prototipni razvoj transformatora za jednofaznu distribuciju od 20 kV

1. Dizajn transformatora za jednofaznu distribuciju na 20 kV

Sistemi za distribuciju na 20 kV obično koriste kablove ili miješane mreže od kabla i zračnih linija, a neutralna tačka je uglavnom zemljena kroz mali otpor. Kada dođe do jednofaznog zemljenja, neće se pojaviti problem s povećanjem faznog napon na više od √3 puta, kao što je slučaj kod pojedinačne faze u sistemu na 10 kV. Stoga, jednofazni distribucijski transformator sistema na 20 kV može koristiti tip zemljenja kraja bobine. To može smanjiti glavnu izolaciju jednofaznog distribucijskog transformatora, čime se zapremina i trošak transformatora na 20 kV ne razlikuju značajno od onih na 10 kV.

2. Izbor impulsnih i ispitnih napona

Za osnovni nivo impulsa (BIL) i nivo ispitne izolacije jednofaznog distribucijskog transformatora na 20 kV, razmatranja su sledeća:

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

Ispitivanje izolacije predviđa da nije potrebno vršiti ispitivanje primenom napona, ali mora se izvršiti induktivno ispitivanje. Tijekom testiranja, nakon primene napona na izlazni terminal jedne bobine, napon svakog visokonaponskog izlaznog terminala prema zemlji dostiže 1 kV plus 3.46 puta nominalni napon transformatora. Dakle, u induktivnom ispitivanju (testiranje sa duplo frekvencijom i dupli napon), visokonaponski napon je:

2.1 Niskonaponska strana (240/120 V)

• Osnovni nivo impulsa (BIL): 30 kV

• Izdržljivost na izmenični napon (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Prema kineskim nacionalnim propisima o nadzoru kvaliteta transformatora

• Visokonaponska strana:

• Osnovni nivo impulsa (BIL): 125 kV (potpun talas), 140 kV (prekinuti talas)

• Induktivna izdržljivost na izmenični napon (200 Hz/min): 40 kV

• Niskonaponska strana:

• Primljeni napon (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktura i karakteristike jednofaznih distribucijskih transformatora na 20 kV

Prototipirane su dve specifikacije (50 kVA i 80 kVA), obje sa spoljnjojelovom strukturom. Da bi se smanjila glavna izolacija, dodata je struktura izolacije kraja. Za izvod koristi se jedan vratiljak. Kraj visokonaponske bobine je zemljen i spojen na rezervoar. Niskonaponsko obmotavanje je jednobobinasta struktura.

3.1 Uporedba tehničkih performansi između prototipiranih transformatora za jednofaznu distribuciju na 20 kV i 10 kV

• Uporedba gubitaka između 20 kV i 10 kV (uzimajući za primer 50 kVA i 80 kVA) prikazana je u Tabeli 1.

• Uporedba težine između 20 kV i 10 kV (uzimajući za primer 50 kVA i 80 kVA) prikazana je u Tabeli 2.

4. Jednofazni distribucijski transformator sa dualnim naponom 20 kV∥10 kV

Nadogradnja sistema distribucije sa 10 kV na 20 kV uključuje zamenu ključne opreme, poput distribucijskih transformatora. Visoke cene zamene i prekid struje koji dovode do prekida proizvodnje čine dizajn dualnog napona (10 kV/20 kV) jednofaznog transformatora rešenjem koje olakšava ove probleme.

4.1 Dizajn

Na osnovu jednofaznog transformatora sa obmotanim jezgrom za 10 kV, ovaj dualni variant koristi odnos 20 kV = 2×10 kV, koristeći serijalno-paralelne primarne bobine. Sa dvije paralelne visokonaponske bobine, dvije stuba jezgra dobijaju visokonaponsko/niskonaponsko obmotavanje (visokonaponske bobine su paralelne). Dvije niskonaponske bobine su serijski spojene na "sredini" kako bi dale ±220 V - zemlju za dva korisnika. Neka W₁ (broj navoja visokog napona) i W₂ (broj navoja niskog napona). U paraleli, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220 V, a ukupni visokonaponski tok dvostruko je veći od toka jedne bobine. U seriji, visokonaponski ulazni tok jednak je toku bobine.

4.2 Primena prekidača

Kapacitet ostaje konstantan za visokonaponski ulaz od 20 kV ili 10 kV. Pri ulazu od 20 kV, dvije visokonaponske bobine u seriji nose po 10 kV. Sa visokonaponskim tokom I₁, kapacitet S₁ = I₁×20 = 20I₁ (kVA). Pri prebacivanju na 10 kV, paralelne visokonaponske bobine daju 2I₁ ulazni tok, tako da je S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Dakle, S₁ = S₂.

4.3 Struktura

• Struktura odgovara jednofaznom transformatoru sa obmotanim jezgrom (patent br. 4612429).

• Prebacivanje napona 10 kV/20 kV koristi pouzdani kontakt strip prekidač.

• Izolacija zadovoljava standarde IEC za transformatore na 20 kV (nominalni impulsnik: 125 kV).

• Bučnost odgovara standardima IEC i relevantnim tehničkim specifikacijama elektrane.

4.4 Prednosti jednofaznog transformatora sa dualnim naponom

• Štednja energije: Gubitci na liniji u sistemu distribucije na 20 kV su 25% gubitaka u sistemu distribucije na 10 kV, ostvarujući štednju energije od 75%. Korišćenjem tehnologije jednofaznog obmotanog jezgra u ovom dizajnu, praznoputni gubitci transformatora su 30% niži od trenutno korišćenog transformatora tipa S11.

• Štednja na troškovima građevinarstva: Tijekom nadogradnje sa 10 kV na 20 kV, potreban je samo prekidač za prebacivanje napona. To smanjuje vrijeme prekida struje, a ceo postupak može biti završen u samo nekoliko minuta.

5. Zaključak

• Većina neutralnih tačaka sistema na 20 kV su zemljene kroz sistem mali otpor. Stoga je lakše rukovati glavnim izolacijama jednofaznih transformatora na 20 kV u poređenju sa 10 kV.

• Gubitci opterećenja transformatora na 20 kV su na istoj razini kao i gubitci transformatora na 10 kV; njihova težina je takođe slična. U pogledu praznoputnih gubitaka, 20 kV je niži od 10 kV. U pogledu impedancije, jednofazni transformator na 20 kV je 20% veći od onog na 10 kV.

• Jednofazni transformator na 20 kV je relativno ekonomičan. Njegova cena neće značajno razlikovati od cene transformatora na 10 kV.

• Jednofazni distribucijski transformator sa dualnim naponom 20 kV∥10 kV može se koristiti u sistemima distribucije na 10 kV i 20 kV. Prilikom nadogradnje sistema sa 10 kV na 20 kV, nema potrebe za zamjenom transformatora; dovoljno je prebaciti prekidač. To je relativno ekonomičan i praktičan način.