การพัฒนาต้นแบบของหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับการกระจายกำลัง 20 kV เฟสเดียว

1. การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียว

ระบบจำหน่ายไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์มักใช้สายเคเบิลหรือเครือข่ายที่ผสมระหว่างสายเคเบิลและสายอากาศ และจุดกลางจะเชื่อมต่อกับพื้นผ่านความต้านทานเล็ก ๆ เมื่อเกิดการต่อพื้นดินแบบเฟสเดียว จะไม่มีปัญหาที่แรงดันเฟสจะเพิ่มขึ้นมากกว่า √3 เท่า เช่นในกรณีของระบบ 10 กิโลโวลต์ ดังนั้น หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวสามารถใช้วิธีการต่อพื้นที่ปลายวงจรได้ ซึ่งสามารถลดฉนวนหลักของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูงแบบเฟสเดียว ทำให้ขนาดและต้นทุนของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวไม่แตกต่างจากหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 10 กิโลโวลต์มากนัก

2. การเลือกแรงดันช็อตและทดสอบ

สำหรับระดับแรงดันช็อตพื้นฐาน (BIL) และระดับทดสอบฉนวนของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียว มีการพิจารณาดังนี้:

มาตรฐานแห่งชาติอเมริกา ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) กำหนดว่าระดับแรงดันช็อตพื้นฐาน (BIL) ของด้านแรงดันสูง (20 กิโลโวลต์) เป็น 125 กิโลโวลต์; แรงดันกำหนดของส่วนแรงดันสูงคือ 15.2 กิโลโวลต์ และแรงดันทนทานทางไฟฟ้าสลับ (60 Hz/min) คือ 40 กิโลโวลต์

การทดสอบฉนวนกำหนดว่าไม่จำเป็นต้องทำการทดสอบแรงดันที่นำมาใช้ แต่ต้องทำการทดสอบแรงดันเหนี่ยวนำ ในระหว่างการทดสอบ หลังจากนำแรงดันมาใช้ที่เทอร์มินอลออกของวงจรหนึ่ง แรงดันจากเทอร์มินอลออกแรงดันสูงแต่ละตัวไปยังพื้นจะถึง 1 กิโลโวลต์บวก 3.46 เท่าของแรงดันกำหนดของวงจรหม้อแปลง นั่นคือ ในการทดสอบเหนี่ยวนำ (การทดสอบที่ความถี่สองเท่าและความดันสองเท่า) แรงดันสูงคือ:

2.1 ด้านแรงดันต่ำ (240/120 V)

• ระดับแรงดันช็อตพื้นฐาน (BIL): 30 กิโลโวลต์

• แรงดันทนทานทางไฟฟ้าสลับ (60 Hz/min): 10 กิโลโวลต์

2.2 ตามกฎระเบียบทดสอบคุณภาพหม้อแปลงไฟฟ้าแห่งชาติของจีน

• ด้านแรงดันสูง:

• ระดับแรงดันช็อตพื้นฐาน (BIL): 125 กิโลโวลต์ (คลื่นเต็ม), 140 กิโลโวลต์ (คลื่นตัด)

• แรงดันเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าสลับ (200 Hz/min): 40 กิโลโวลต์

• ด้านแรงดันต่ำ:

• แรงดันที่นำมาใช้ (50 Hz/min): 4 กิโลโวลต์

3. โครงสร้างและคุณสมบัติของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียว

ได้ทำการทดลองสร้างแบบจำลองสองขนาด (50 kVA และ 80 kVA) ทั้งสองแบบใช้โครงสร้างเหล็กภายนอก เพื่อลดฉนวนหลัก ได้เพิ่มโครงสร้างฉนวนปลาย ใช้ปลอกเดียวสำหรับการนำออก ปลายวงจรแรงดันสูงถูกต่อพื้นและเชื่อมต่อกับถัง วงจรแรงดันต่ำเป็นโครงสร้างวงจรเดียว

3.1 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพทางเทคนิคระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์และ 10 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวที่ทดลองสร้าง

• การเปรียบเทียบความสูญเสียระหว่าง 20 กิโลโวลต์และ 10 กิโลโวลต์ (โดยใช้ 50 kVA และ 80 kVA เป็นตัวอย่าง) แสดงในตาราง 1

• การเปรียบเทียบน้ำหนักระหว่าง 20 กิโลโวลต์และ 10 กิโลโวลต์ (โดยใช้ 50 kVA และ 80 kVA เป็นตัวอย่าง) แสดงในตาราง 2

4. หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์∥10 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวและแรงดันคู่

การปรับปรุงระบบจำหน่ายไฟฟ้า 10 กิโลโวลต์เป็น 20 กิโลโวลต์จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์สำคัญเช่น หม้อแปลงไฟฟ้า ค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนอุปกรณ์ที่สูงและการหยุดไฟฟ้าที่ทำให้การผลิตหยุดชะงัก ทำให้การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูงแบบเฟสเดียวและแรงดันคู่ (10 กิโลโวลต์/20 กิโลโวลต์) เป็นวิธีแก้ไขปัญหานี้

4.1 การออกแบบ

บนพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 10 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียว รุ่นแรงดันคู่นี้ใช้ความสัมพันธ์ 20 กิโลโวลต์ = 2×10 กิโลโวลต์ โดยใช้วงจรหลักแบบอนุกรมและขนาน ด้วยวงจรแรงดันสูงสองวงจรขนาน สองเสาหลักได้รับวงจรแรงดันสูง/ต่ำ (วงจรแรงดันสูงขนาน) วงจรแรงดันต่ำสองวงจรอนุกรมที่ "จุดกลาง" ให้แรงดัน ±220 V - พื้นสำหรับผู้ใช้สองคน ให้ W₁ (จำนวนรอบของวงจรแรงดันสูง) และ W₂ (จำนวนรอบของวงจรแรงดันต่ำ) ในการขนาน U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V และกระแสแรงดันสูงรวมเป็นสองเท่าของวงจรเดียว ในอนุกรม กระแสแรงดันสูงที่เข้ามาเท่ากับกระแสวงจร

4.2 การใช้งานสวิตช์

กำลังคงที่สำหรับแรงดันสูงที่เข้ามา 20 กิโลโวลต์หรือ 10 กิโลโวลต์ ที่แรงดันสูง 20 กิโลโวลต์ วงจรแรงดันสูงสองวงจรอนุกรมหมายความว่าแต่ละวงจรรับ 10 กิโลโวลต์ ด้วยกระแสแรงดันสูง I₁ กำลัง S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA) ในการเปลี่ยนเป็น 10 กิโลโวลต์ วงจรแรงดันสูงขนานให้กระแส I₁ เข้ามา ดังนั้น S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA) ดังนั้น S₁ = S₂)

4.3 โครงสร้าง

• โครงสร้างตรงกับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูงแบบเฟสเดียว (เลขสิทธิบัตร 4612429)

• การเปลี่ยนแรงดัน 10 กิโลโวลต์/20 กิโลโวลต์ใช้สวิตช์เปลี่ยนแรงดันที่เชื่อถือได้

• ฉนวนตรงตามมาตรฐานหม้อแปลงไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์ของ IEC (แรงดันช็อตพื้นฐาน: 125 กิโลโวลต์)

• เสียงตรงตามมาตรฐาน IEC และข้อมูลทางเทคนิคของบริษัทไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

4.4 ข้อดีของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูงแบบเฟสเดียวและแรงดันคู่

• การประหยัดพลังงาน: การสูญเสียในสายของระบบจำหน่ายไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์คือ 25% ของระบบ 10 กิโลโวลต์ ทำให้ประหยัดพลังงานได้ 75% โดยการใช้เทคโนโลยีเฟสเดียวในการออกแบบนี้ การสูญเสียขณะไม่มีโหลดของหม้อแปลงไฟฟ้าต่ำกว่าหม้อแปลงไฟฟ้า S11 ที่ใช้อยู่ 30%

• การประหยัดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง: ในการอัปเกรดจาก 10 กิโลโวลต์เป็น 20 กิโลโวลต์ จำเป็นต้องใช้สวิตช์เปลี่ยนแรงดันเพื่อเปลี่ยนแรงดัน ซึ่งลดเวลาการหยุดไฟฟ้า และกระบวนการทั้งหมดสามารถเสร็จสิ้นภายในไม่กี่นาที

5. สรุป

• จุดกลางส่วนใหญ่ของระบบ 20 กิโลโวลต์ถูกต่อพื้นผ่านระบบความต้านทานเล็ก ๆ ดังนั้น การจัดการฉนวนหลักของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเฟสเดียวที่ระดับ 20 กิโลโวลต์ง่ายกว่าระดับ 10 กิโลโวลต์

• การสูญเสียโหลดของหม้อแปลงไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวอยู่ในระดับเดียวกับหม้อแปลงไฟฟ้า 10 กิโลโวลต์; น้ำหนักก็อยู่ในระดับที่เท่าเทียมกัน ในแง่ของการสูญเสียขณะไม่มีโหลด 20 กิโลโวลต์ต่ำกว่า 10 กิโลโวลต์ ส่วนอิมพิแดนซ์ หม้อแปลงไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวสูงกว่า 20% ของหม้อแปลงไฟฟ้า 10 กิโลโวลต์

• หม้อแปลงไฟฟ้า 20 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวค่อนข้างประหยัด ราคาจะไม่แตกต่างจากหม้อแปลงไฟฟ้า 10 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวมากนัก

• หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูง 20 กิโลโวลต์∥10 กิโลโวลต์แบบเฟสเดียวและแรงดันคู่สามารถใช้ได้ทั้งในระบบจำหน่ายไฟฟ้า 10 กิโลโวลต์และ 20 กิโลโวลต์ เมื่ออัปเกรดระบบ 10 กิโลโวลต์เป็น 20 กิโลโวลต์ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนหม้อแปลงไฟฟ้า เพียงแค่เปลี่ยนสวิตช์เปลี่ยนแรงดันเท่านั้น เป็นวิธีที่ค่อนข้างประหยัดและสะดวก