Минский электротехнический завод имени В.И.Козлова

Библиотека

Трансформаторы типа ТМГСУ и ТМГСУ11 со специальным встроенным симметрирующим устройством

Одной из главных задач электроснабжения является обеспечение качества выходных напряжений распределительных трансформаторов, удовлетворяющих требования ГОСТ 13109-87 при всевозможных нормальных режимах их работы, а также решение этой задачи с минимальными издержками.

В четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль" (У/Ун). Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально в сетях с большим удельным весом однофазных нагрузок равномерность их подключения во времени пофазно нарушается и потери электрической энергии в таких трансформаторах резко возрастают. На рисунке 1 показаны зависимости потерь короткого замыкания Рк трансформатора ТМГ 100/10 при различных схемах соединения обмоток от величины тока в нулевом проводе, при Ib =Ic = Iн и I= 0 — Iн. Из рисунка следует, что в трансформаторах У/Ун с увеличением тока Iнб резко растут потери Рк.

Этот рост обусловлен появлением потоков нулевой последовательности (Ф0) в магнитных системах трехфазных трансформаторов У/Ун, создаваемых токами небаланса Iнб ( равных 3 I0), протекающих в нулевом проводе сети. Ф0 носят характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания Фкз, но по величине они значительно больше, о чем, в частности, позволяют судить соотношения полных сопротивлений Z0 и Zкз. Экспериментальные данные показывают, что Z0 больше Zкз в 5 — 8, а для некоторых конструкций трансформаторов — в 12 и более раз.

Неизбежным последствием неравномерности нагрузки фаз в сетях с трансформаторами У/Ун является резкое искажение системы фазных напряжений (на практике это называют смещением нулевой точки). Как следствие — увеличение потерь также и в линиях 0,38 кВ.

Искажение фазных напряжений в реальных условиях эксплуатации нередко вызывает такое их отклонение уже на низковольтных вводах трансформатора, которое значительно превышает нормы ГОСТ на качество электроэнергии. В конце линий, по данным исследований, это отклонение напряжений приблизительно в два раза выше. При указанном качестве питания токоприемников, повышение в них потерь электроэнергии и отказы в работе, в том числе у бытовых приборов (холодильников и т. п.), вполне естественно. К сожалению, до настоящего времени целенаправленных работ по данным вопросам проводилось недостаточно, однако, как показывает практика, экономический урон от искажения напряжений у токоприемников огромен.

Завышение установленной мощности трансформаторов У/Ун, сверх требуемой по расчету (для понижения несимметрии напряжения), дает незначительный эффект, зато повышение потерь электроэнергии в сети дает значительное.

Кроме того токи нулевой последовательности, при несимметрии нагрузки, в магнитной системе трансформатора У/Ун создают потоки нулевой последовательности, которые замыкаясь через его бак, дно, крышку разогревают их, ухудшая охлаждение активной части. Это повышает температуру изоляции обмоток сверх нормы и трансформатор, при суммарной нагрузке ниже номинальной, оказывается перегруженным. Такое положение объективно вызывает необходимость в увеличении номинальной мощности трансформатора на одну, а иной раз на две ступени больше необходимой (расчетной) со всеми вытекающими последствиями.

Для устранения указанных недостатков кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, Минским электротехническим заводом им. В. И.  Козлова и Минскэнерго разработано специальное новое симметрирующее устройство (СУ), которое является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.

Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т. е. на полную номинальную однофазную нагрузку.

Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.

Схема подсоединения обмотки симметрирующего устройства (СУ) к обмоткам НН:


Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.

СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.

Таблица сравнительных характеристик трансформаторов ТМГ и ТМГСУ напряжением 6 — 10/0,4 кВ, схема и группа соединения обмоток У/Ун-0:
  Мощность, кВА Потери, кВт Габаритные размеры, мм 
Zо, Ом
 Масса, кг
 хх  кз LB
 H
ТМГ
 25 0,1150,6
 800640
930
4,05
240
ТМГСУ
 25 0,1150,6 900530930
1,316
280
 ТМГ 40 0,1550,88 840680
1000
2,72
300
 ТМГСУ 40 0,1550,88 900 56010000,82
370
 ТМГ 63 0,221,28 950 7301020
1,905
420
 ТМГСУ 63 0,221,28 950 7301020
0,63420
 ТМГ11 100 0,291,97 935 7301060
1,3490
 ТМГСУ 100 0,271,97 1000 7201180
0,361540
 ТМГ11 160 0,412,6 1020 7551245
1,06670
 ТМГСУ11 160 0,412,6 1060 7251200
0,27660
 ТМГ11 250 0,573,7 1140 8201270
0,56920
 ТМГСУ11 250 0,573,7 1170 8401270
0,197920

Энергетические характеристики трансформаторов (потери короткого замыкания, холостого хода и др.) от наложения симметрирующего устройства практически не меняются, но при этом значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. Система же фазных напряжений при неравномерной нагрузке фаз симметрируется приблизительно как при схеме соединения обмоток У/Zн.

Это наглядно демонстрируют сравнительные испытания трансформаторов ТМГСУ-25/10-У1 и ТМГ-25/10-У1 в режиме однофазной и двухфазной нагрузки.

Результаты представлены в таблицах:

Однофазная нагрузка

Трансформатор с СУ
 Iнн,А
фаза «а»
 Uаb,ВUbc,ВUac,В  Uao,В Ubo,В Uco,В
 3,61   402 
 398 398 232230
232
 7,22 402
 398 398 228
 231232
10,83 400 398 398 225232
232
 14,44 400 400 396
 224 232234
 18,05 400 400 394 222 232236
 21,66 400 400 392 216 232236
 25,27 400 396 388 216 232236
 28,88 396
 400 388 212 232236
 32,49 396 400 389 208 232236
 36,1 400 404 388 208 236240


Трансформатор без СУ
 Iнн,А
фаза «а»
Uаb,В
Ubc,В
Uac,В Uao,В 
Ubo,В
Uco,В
 3,61404
404396224 231
229
 7,22400404396216
237
233
 10,83400404394210239 234
 14,44396
404392200241235
 18,05394
404390194245
237
 21,66392
403389188
249241
 25,27390
403
388180253245
 28,88388403384172253249
 32,49384403380164255253
 36,1384
402380160257257




Двухфазная нагрузка


Трансформатор c СУ
Iнн,А
фаз а,b
 

Uаb,В 
Ubc,В 
 Uac,В Uao,В  
 Ubo,В  Uco,В
 3,61408404406 234232 231
 7,22402402404 232231 232
 10,83400402402 231229 233
 14,44396
402402 228226
 234
 18,05392400400 227225 234
 21,66388400396 224224 234
 25,27384400396
 222222 234
 28,88380400394 220220 234
 32,49380400
392 218218 234
 36,1376400
392 216216 234





Трансформатор без СУ
Iнн,А
фаз а,b

Uаb,В 
Ubc,В 
 Uac,В  Uao,В   Ubo,В  Uco,В
 3,61400
401398229231
232
 7,22396400396
225
228
232
 10,83396400400224227238
 14,44393400400223225240
 18,05392402401220224244
 21,66392401404220223248
 25,27388404406218222250
 28,88386404406216218252
 32,49382400406214217256
 36,1380400406212214258





В настоящем докладе приведены результаты оценочных расчетов экономической эффективности использования в четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ Республики Беларусь трансформаторов с новой схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль с симметрирующим устройством", исходя только из потерь электрической энергии в трансформаторах и линиях.

Проведенный анализ сетей РБ позволил определить среднестатистическую сеть 0,38 кВ со следующими параметрами: мощность трансформатора — 100 кВА (с учетом коммунально-бытовых потребителей в городах и городских поселках); длина линии — 0,8 км; количество линий на одной ТП — 3; сечение провода линии — 35 мм2; нагрузка линий 0,38 кВ принята пропорциональной мощности трансформатора, от которого она запитана, и считалась равномерно распределенной по всей длине линии; время использования максимума нагрузки в году — 2000 часов; величина тока в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного.

Расчеты дополнительных потерь электрической энергии за счет несимметрии нагрузки были выполнены Белэнергосетьпроектом (г. Минск) по известным формулам с применением метода симметричных составляющих и использованием ЭВМ. Они производились в зависимости от величины тока в нулевом проводе, значения которого изменялось от 0 до 0,5 номинального фазного для трансформаторов мощностью от 25 до 250 кВА. Сечение нулевого провода принималось равным сечению фазных проводов.

Результаты расчетов сведены в таблице 1 (Sн — номинальная мощность трансформатора, кВА; Iнб — ток в нулевом проводе (в относительных единицах); Рк — потери короткого замыкания, Вт ( для трансформаторов со схемами соединения обмоток У/Ун, У/Zн, У/Ун с СУ); ΔРл — дополнительные потери электроэнергии в линиях сети с трансформаторами У/Ун, У/Zн по сравнению с сетью с трансформаторами У/Ун с СУ; Q — годовая экономия электроэнергии в сетях с трансформаторами У/Ун с СУ по сравнению с сетями с трансформаторами У/Ун, У/Zн.

Sн, кВ Марка и сечение провода

Iнб

 Рк, Вт  ΔРл, Вт Q, кВт · ч
У/УнУ/Zн У/Ун с СУУ/Ун У/ZнУ/Ун У/Zн
100
А35 01970
2265
197000
0
591
100А35 0,11941
21271854280229546
100А35 0,221252014
177016801026488
100А35 0,2522781967 1739307-11693454
100А35 0,32492
1926
1716509-12569418
100А35 0,430731863
16931140-25037335
100А35 0,53857
182517022150-48609238
25
А35 0,25633599530140233139
40А35 0,25979878777480501203
63А35 0,251450
127811301150
871295
160А35 0,25327226452339828-1
3521611
250А35 0,254665
369432661699-26196852


Сопоставление потерь в среднестатистической электрической сети при неравномерной нагрузке с трансформаторами со схемами соединения У/Ун, У/Zн, и У/Ун с СУ показывает, что наиболее экономичной из них является схема У/Ун с СУ.

Выполненные Белэнергосетьпроектом расчеты сроков его окупаемости в зависимости от величины тока в нулевом проводе дали результаты, приведенные в таблице 2.(ток небаланса указан в относительных единицах)

Таблица 2

Iнб

 Номинальная мощность трансформатора У/Ун СУ(Sн), кВА
 25
40
63
 100160
250
 0 00
0
0
0
0
 0,1 13,57
5,1
4,72,9
1,9
 0,2 3,21,71,21,00,60,4
 0,25 2,01,00,70,60,40,2
 0,3 1,40,70,50,40,20,2
 0,4 0,70,40,20,20,10,1
 0,5 0,40,2
0,10,1
0,10,1

Из таблицы следует, что при среднестатистическом токе в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного, симметрирующая обмотка только у трансформаторов Sн = 25 кВА окупается в срок 2 года и у Sн = 40 кВА в срок 1 год, для всех остальных мощностей окупаемость менее года.

Трансформаторы в среднем работают около 40 лет, отсюда не трудно определить прибыль предприятия, установившего в сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторы со схемой соединения обмоток У/Ун с СУ.

Использование в электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторов ТМ и ТМГ со схемой У/Ун с СУ мощностью от 25 до 250 кВА, выпуск которых осуществляется на МЭТЗ им. В. И.  Козлова, позволяет получить значительный экономический эффект только за счет сокращения ничем не оправданных потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.

Трансформаторы с симметрирующим устройством мощностью от 63 до 250 кВА разработаны и выпускаются в герметичном исполнении (типа ТМГ).

Внутренний объем таких трансформаторов не имеет сообщения с окружающей средой, они полностью заполнены маслом. Расширитель и воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Это значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование. Трансформаторное масло перед заливкой в трансформатор дегазируется. Благодаря этому масло своих свойств, практически не меняет в течение всего срока службы трансформатора, поэтому производить отбор пробы масла не требуется.

Трансформаторы в герметичном исполнении практически не требуют расходов на предпусковые работы и на обслуживание в процессе эксплуатации, не нуждаются в профилактических ремонтах и ревизиях в течение всего срока эксплуатации. Это позволит снизить непроизводственные расходы в течение всего срока эксплуатации трансформатора, в зависимости от его мощности, на 40 — 63% его полной стоимости.



Другие статьи











Все статьи