Ваша версия браузера устарела.
Для работы с сайтом необходимо обновить браузер

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 =I= Iни 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  L B  H
 ТМГ  25  0,115 0,6  800 640 930 4,05 240
 ТМГСУ  25  0,115 0,6  900 530 930 1,316 280
 ТМГ  40  0,155 0,88  840 680 1000 2,72 300
 ТМГСУ  40  0,155 0,88  900  560 1000 0,82 370
 ТМГ  63  0,22 1,28  950  730 1020 1,905 420
 ТМГСУ  63  0,22 1,28  950  730 1020 0,63 420
 ТМГ11  100  0,29 1,97  935  730 1060 1,3 490
 ТМГСУ  100  0,27 1,97  1000  720 1180 0,361 540
 ТМГ11  160  0,41 2,6  1020  755 1245 1,06 670
 ТМГСУ11  160  0,41 2,6  1060  725 1200 0,27 660
 ТМГ11  250  0,57 3,7  1140  820 1270 0,56 920
 ТМГСУ11  250  0,57 3,7  1170  840 1270 0,197 920

 

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,ВUbo,ВUco,В
3,61402  398398232230232
7,22402398398228231232
10,83400398398225232232
14,44400400396224232234
18,05400400394222232236
21,66400400392216232236
25,27400396388216232236
28,88396400388212232236
32,49396400389208232236
36,1400404388208236240

Трансформатор без СУ

 Iнн,А фаза «а»Uаb,ВUbc,ВUac,ВUao,В  Ubo,ВUco,В
3,61404404396224231229
7,22400404396216237233
10,83400404394210239234
14,44396404392200241235
18,05394404390194245237
21,66392403389188249241
25,27390403388180253245
28,88388403384172253249
32,49384403380164255253
36,1384402380160257257

Двухфазная нагрузка

Трансформатор c СУ

Iнн,А фаз а,bUаb,ВUbc,В Uac,ВUao,В    Ubo,В Uco,В
3,61408404406234232231
7,22402402404232231232
10,83400402402231229233
 14,44396402402228226234
 18,05392400400227234234
21,66388400396224224234
25,27384400396222222234
28,88380400394220220234
32,49380400392218218234
36,1376400392216216234

Трансформатор без СУ

Iнн,А фаз а,bUаb,ВUbc,В Uac,В Uao,В  Ubo,В Uco,В
3,61400401398229231232
7,22396400396225228232
10,83396400400224227238
14,44393400400223225240
18,05392402401220224244
21,66392401404220223248
 25,27392404406218222250
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); ?Рл — 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.

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  100 160 250
 0  0 0 0 0 0 0
 0,1  13,5 7 5,1 4,7 2,9 1,9
 0,2  3,2 1,7 1,2 1,0 0,6 0,4
 0,25  2,0 1,0 0,7 0,6 0,4 0,2
 0,3  1,4 0,7 0,5 0,4 0,2 0,2
 0,4  0,7 0,4 0,2 0,2 0,1 0,1
 0,5  0,4 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1

 

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

Модернизация производства – приоритетное направление деятельности УП «МЭТЗ им. В.И. Козлова»

подробнее

Следуя тенденциям современного рынка — трансформаторная подстанция в железобетонной оболочке производства ОАО «Минского электротехнического завода им. В.И. Козлова»

подробнее

ВКЛАД, ВНОСИМЫЙ ОАО «МЭТЗ ИМ.В.И. КОЗЛОВА» В СТРОИТЕЛЬСТВО БЕЛОРУССКОЙ АЭС.

подробнее