Pagsasagawa ng Prototype ng 20 kV Single-Phase Distribution Transformer

1. disenyo ng 20 kV single-phase distribution transformer

Ang mga sistema ng distribusyon ng 20 kV ay karaniwang gumagamit ng mga linyang kable o mga mixed cable-overhead line network, at ang neutral point ay kadalasang naka-ground sa pamamagitan ng isang maliit na resistance. Kapag may single-phase grounding, walang problema na ang phase voltage ay tataas ng higit sa √3 beses tulad ng nangyayari sa isang single-phase fault sa 10 kV system. Dahil dito, ang single-phase distribution transformer ng 20 kV system ay maaaring gamitin ang uri ng pag-ground sa dulo ng coil. Ito ay maaaring mabawasan ang pangunahing insulation ng single-phase distribution transformer, nagpapahaba ng volume at cost ng 20 kV single-phase distribution transformer na hindi masyadong iba sa 10 kV.

2. Paggamit ng Impulse at Test Voltages

Para sa basic impulse level (BIL) at insulation test level ng 20 kV single-phase distribution transformer, ang mga pag-aaral ay sumusunod:

Ang American National Standard ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) ay nagbabala na ang basic impulse level (BIL) ng high-voltage side (20 kV) ay 125 kV; ang rated voltage ng high-voltage component ay 15.2 kV, at ang AC withstand voltage (60 Hz/min) ay 40 kV.

Ang insulation test ay nagsasaad na hindi kinakailangan ang applied voltage test, ngunit kailangang gawin ang induced voltage test. Sa panahon ng test, pagkatapos mag-apply ng voltage sa outgoing terminal ng isang winding, ang voltage ng bawat high-voltage outgoing terminal patungo sa ground ay umabot sa 1 kV plus 3.46 beses ang rated voltage ng transformer winding. Ito ay, sa induction test (frequency-doubled at voltage-doubled test), ang high-voltage ay:

2.1 Low-voltage Side (240/120 V)

• Basic Impulse Level (BIL): 30 kV

• AC Withstand Voltage (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Ayon sa National Transformer Quality Supervision Test Regulations ng Tsina

• High-voltage side:

• Basic Impulse Level (BIL): 125 kV (full wave), 140 kV (chopped wave)

• AC Induced Withstand Voltage (200 Hz/min): 40 kV

• Low-voltage side:

• Applied Voltage (50 Hz/min): 4 kV

3. Estruktura at Katangian ng 20 kV Single-phase Distribution Transformers

Dalawang specification (50 kVA at 80 kVA) ang naprototype, parehong gumagamit ng outer-iron structure. Upang mabawasan ang pangunahing insulation, idinagdag ang end-insulation structure. Ang single bushing ay ginagamit para sa lead-out. Ang dulo ng high-voltage coil ay naka-ground at konektado sa tank. Ang low-voltage winding ay isang single-coil structure.

3.1 Technical Performance Comparison Between Prototyped 20 kV and 10 kV Single-phase Distribution Transformers

• Ang pagkukumpara ng loss sa pagitan ng 20 kV at 10 kV (tumatake ng 50 kVA at 80 kVA bilang halimbawa) ay ipinapakita sa Table 1.

• Ang pagkukumpara ng timbang sa pagitan ng 20 kV at 10 kV (tumatake ng 50 kVA at 80 kVA bilang halimbawa) ay ipinapakita sa Table 2.

4. 20 kV∥10 kV Single-phase Dual-voltage Distribution Transformer

Ang pag-upgrade ng 10 kV sa 20 kV distribution system ay kasama ang pagpalit ng mga mahalagang equipment tulad ng mga distribution transformers. Ang mataas na gastos sa pagpalit at power outages na nakakadisturb sa produksyon ay nagbibigay-daan sa pagdisenyo ng dual-voltage (10 kV/20 kV) single-phase transformer upang mabawasan ang mga isyu.

4.1 Disenyo

Batay sa 10 kV wound-core single-phase distribution transformer, ang dual-voltage variant na ito ay gumagamit ng 20 kV = 2×10 kV relationship, gamit ang series-parallel primary coils. May dalawang parallel high-voltage coils, ang dalawang core columns ay nakakamit ang high-voltage/low-voltage windings (high-voltage coils parallel). Ang dalawang low-voltage coils series sa “mid-point” output ±220 V - ground para sa dalawang user. Hayaan nating W₁ (high-voltage turns) at W₂ (low-voltage turns). Sa parallel, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, at ang kabuuang high-voltage current ay doble ng isang coil. Sa series, ang high-voltage input current ay katumbas ng coil current.

4.2 Paggamit ng Switching

Ang capacity ay consistent para sa 20 kV o 10 kV high-voltage inputs. Sa 20 kV input, ang dalawang high-voltage coils in series nang bawat isa ay nagbabantay ng 10 kV. May high-voltage current I₁, ang capacity S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Pag-switched sa 10 kV, ang parallel high-voltage coils ay nagbibigay ng 2I₁ input current, kaya S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Kaya, S₁ = S₂).

4.3 Estruktura

• Estruktura ay tumutugon sa single-phase wound-core transformer (patent No. 4612429).

• 10 kV/20 kV voltage-switching ay gumagamit ng reliable contact strip tap-changer.

• Insulation ay sumasang-ayon sa IEC 20 kV transformer standards (rated impulse voltage: 125 kV).

• Noise ay sumasang-ayon sa IEC at relevant power company technical specs.

4.4 Mga Advantages ng Single-phase Dual-voltage Transformer

• Pag-iipon ng Enerhiya：Ang line loss ng 20 kV distribution system ay 25% ng 10 kV distribution system, nagpapahintulot ng 75% na savings sa enerhiya. Sa pamamagitan ng paggamit ng single-phase wound-core technology sa disenyo na ito, ang no-load loss ng transformer ay 30% mas mababa kaysa sa kasalukuyang ginagamit na S11-type distribution transformer.

• Pag-iipon sa Construction Cost：Sa panahon ng upgrade mula 10 kV hanggang 20 kV, kailangan lamang ng changeover switch upang i-switch ang voltage. Ito ay nagbawas sa oras ng power outage, at ang buong proseso ng operasyon ay maaaring matapos sa loob ng ilang minuto lamang.

5. Conclusion

• Ang karamihan ng neutral points ng 20 kV system ay naka-ground sa pamamagitan ng small-resistance system. Dahil dito, mas madali ang pag-handle ng pangunahing insulation ng single-phase transformers sa 20 kV level kumpara sa 10 kV level.

• Ang load loss ng 20 kV-class single-phase transformers ay nasa parehong antas ng 10 kV-class ones; ang kanilang timbang ay din nasa comparable level. Sa aspeto ng no-load loss, ang 20 kV ay mas mababa kaysa 10 kV. Tungkol sa impedance, ang 20 kV single-phase transformer ay 20% mas mataas kaysa 10 kV one.

• Ang 20 kV single-phase transformer ay relatibong ekonomiko. Ang presyo nito ay hindi magkakaiba nang malaki sa 10 kV-class single-phase transformers.

• Ang 20 kV∥10 kV single-phase dual-voltage distribution transformer ay maaaring gamitin sa parehong 10 kV at 20 kV distribution systems. Kapag nag-upgrade ng 10 kV system sa 20 kV system, walang kailangan palitan ang transformer; sapat na ang pag-switch ng changeover switch. Ito ay isang ekonomiko at convenient na paraan.